ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Развитие научных основ металлургии из "Техника в ее историческом развитии " К 70-м годам XIX в. были достигнуты существенные успехи в разработке научных основ металлургии. Рост производства и применения металлических сплавов поставил перед наукой важные практические задачи уменьшение выгорания металла в процессе плавки, необходимость замены древесного угля минеральным топливом, изыскание рациональных способов переработки бедных руд, повышение механических свойств металлов и сплавов и многие другие. [c.133] Научные основы металлургии начали складываться еще в XVIII в., сначала они базировались на анализе и обобщении разрозненных эмпирических знаний о металлах и сплавах, их получении, свойствах и обработке. Затем эмпирические знания стали связывать с законами физики, химии и других наук. Начало разработки теоретических основ учения о металлах было положено трудами французского естествоиспытателя Р. Реомюра, великого русского ученого М. В. Ломоносова, французского химика А. Лавуазье и рядом их современников. [c.133] Весьма плодотворпмми для развития теоретической металлургии были работы G. Карно, Д. Джоуля, Р. Майера, Р. Клаузиуса, Г. Гельмгольца и других физиков, внесших большой вклад в разработку учения о теплоте. На основе этих работ была установлена методика исследования эндо-и экзотермических реакций, имеющая важнейшее значение при разработке энергетического баланса технологических процессов в металлургии. [c.134] В последней четверти прошлого столетия на базе фундаментальных открытий в области естествознания научные разработки охватили все области производства черных и цветных металлов. В качестве самостоятельной науки оформилась металлография — учение о структуре металлов и сплавов, основы которого были заложены русским металлургом П. П. Аносовым еще в первой половине XIX в. [c.134] Крупную роль в создании теории доменного процесса сыграл известный английский металлург И. Белл, который изучил условия, необходимые для лучшего хода процесса восстановления окислов железа в доменной печи. В 1869 г. ученый опубликовал подробный расчет теплового баланса доменной печи. Среди его многочисленных печатных работ широкую известность получила книга Основы производства чугуна и стали , опубликованная в Лондоне в 1884 г. и переведенная на ряд европейских языков. [c.134] Важные исследования по определению тепла, затрачиваемого на расплавление шлаков, осуш ествил в 80-х годах шведский ученый Р. Оккер-ман. Его работы позволили установить плавкость шлака различного состава и определить его роль в доменном процессе. [c.135] Весомый вклад в развитие науки о металлах внесли русские ученые. В теории доменного процесса важнейнгае научные труды написаны выдающимся металлургом М. А. Павловым. В 1885 г. по окончании Петербургского горного института Павлов был направлен на металлургические заводы Приуралья. Молодой инженер внимательно изучает работу доменных печей, вносит суш ественные исправления в их конструкцию. В 1894 г. в Горном журнале появляется статья М. А. Павлова Исследование плавильного пространства доменных печей — первое в отечественной научной литературе теоретическое исследование теплового баланса доменных печей. [c.135] В 1900 г. начинается более чем полувековая педагогическая деятельность М. А. Павлова. Он заведует кафедрами в Высшем горном училиш е в Екатеринославе, Петербургском политехническом институте, Горной академии в Москве, Московском институте стали. Ученый не прерывает связей с промышленностью. Один за другим выходят его научные труды Атлас чертежей по доменному производству (1902 г.), Альбом чертежей по мартеновскому производству (1904 г.), Размеры мартеновских печей по эмпирическим данным и Определение размеров доменных печей (обе работы опубликованы в 1910 г.). Эти труды имели большое значение для разработки теории и практики металлургии. Сопоставляя многочисленные опытные и расчетные материалы, М. А. Павлов разработал оригинальные способы определения оптимальных соотношений основных элементов металлургических агрегатов, обеспечиваюш их в данных конкретных условиях максимальный производственный эффект. [c.135] Ряд дальнейших научных трудов М. А. Павлова — Тепловые балансы металлургических процессов (1911 г.), Расчет доменных шихт и, наконец, монументальный курс Металлургия чугуна , первое издание которого вышло в 1924 г.,— посвяш ены теории и практике доменного производства. Они и поныне не потеряли своего первостепенного значения. Ученый многое сделал при проектировании и постройке крупных металлургических заводов. [c.135] Уже в начале XIX в. стало предельно ясным, что качество изделий из металлов или сплавов определяется не только процессами их производства. Огромную роль для повышения добротности металла играет его последующая обработка (прокатка, ковка, штамповка), особенно тепловая, термическая обработка. Исследователи многих стран уделили большое внимание изучению химического состава металлических сплавов, влиянию отдельных элементов, входящих в их состав. Особенно тщательно исследовали химический состав стали. Как известно, сталь представляет собой сплав железа с углеродом (до 2%) и другими химическими элементами. Содержание углерода в решающей степени определяет механические свойства стали. [c.135] Качественные характеристики стали и других металлических сплавов определяются также их внутренним строением — структурой. Металлография рассматривает макро- и микроструктуры металлических материалов. Начало микроскопическим исследованиям травленой поверхности стали положено в 1831 г. П. П. Апосовым. Его эксперименты были продолжены в 1864 г. английским ученым Г. Сорби и другими исследователями. [c.136] В 1868 г. выдаюш ийся русский металлург Д. К. Чернов установил зависимость структуры и свойств стали от ее горячей механической (ковка) и термической обработки. Чернов открыл критические температуры, при которых в стали в результате ее нагревания или охлаждения в твердом состоянии происходят фазовые превращения, существенно изменяющие структуру и свойства металла. Эти критические температуры, определенные по цветам каления металла, получили название точек Чернова. Русский ученый графически изобразил влияние углерода на положение критических точек, создав первый набросок очертания важнейших линий классической диаграммы состояния железо—углерод. Исследования полиморфизма железа, завершенные Д. К. Черновым в 1868 г., принято считать началом нового периода в развитии науки о металле, возникновением современного металловедения, изучающего взаимосвязь состава, структуры и свойств металлов и сплавов, а также их изменения при различных видах теплового, химического и механического воздействий. [c.136] В 1888 г. французский ученый Ф. Осмонд, использовав термоэлектрический термометр А. Ле Шателье, с большой точностью измерил температуры, характеризующие начало полиморфных превращений в стали. Б последующие годы Осмонд описал характер этих превращений и присвоил названия основным структурам железоуглеродистых сплавов. [c.136] Металлурги начала ХХ В., учитывая всевозрастающие потребности в черных и цветных металлах, занялись проблемами интенсификации производственных процессов. Металлургическое производство механизировалось, ручной труд заменялся машинами, большое внимание уделялось подготовке исходных материалов для производства чугуна, стали, цветных металлов, более форсированно велись процессы в плавильных агрегатах. В этот же период начаты работы по использованию кислорода для интенсификации ниро-металлургических процессов. [c.137] Идея форсирования выплавки чугуна и стали обогаш епием воздушного дутья кислородом была выдвинута более ста лет назад. Великий русский ученый Д. И. Менделеев в классическом труде Основы химии писал о том, что, используя кислород, можно получать очень высокие температуры, полезные в металлургии. Он предвидел время, когда станут на заводах и вообще для практики обогащать воздух кислородом . Выше указывалось что Д. К. Чернов еще в 1876 г. поддержал идею Р. Оккермана об использовании кислорода для интенсификации бессемеровского процесса. [c.137] Первые эксперименты но применению дутья, обогащенного кислородом, были проведены на бельгийском заводе Угре-Мари в 1913 г. Небольшая доменная печь этого завода при работе на дутье, содержащем 23% кислорода, дала на 12% больше чугуна и показала экономию топлива на 2,5—3%. В 20-е годы в ряде стран были проведены теоретические расчеты, связанные с применением кислорода в черной металлургии. Специальная комиссия Горного бюро США установила, что повышение концентрации кислорода в дутье до 31 % повысит производительность доменной печи на 18 % и снизит расход топлива на 6,7 %. Однако в то время кислород не получил в металлургии практического применения. Вместе с тем рассматриваемый период дал ряд научно обоснованных рекомендаций и выводов. Систематическая работа в этом направлении в последующие годы привела к широкому внедрению кислорода, революционизировавшего основные технологические процессы в черной металлургии. [c.137] Вернуться к основной статье